構(gòu)成各種智能墨水的納米材料：（a）氧化石墨烯（GO）；（b）還原氧化石墨烯（rGO）；（c）黑色素類似-聚多巴胺（PDA）；（d）PDA @ rGO

據(jù)報(bào)道，海法以色列理工學(xué)院的研究人員開發(fā)出了一種能夠識別并區(qū)分不同刺激的創(chuàng)新型傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于折紙藝術(shù)，結(jié)合了以色列理工學(xué)院開發(fā)的智能墨水材料。

這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表于Nature子刊Nature Communications雜志，由以色列理工學(xué)院Wolfson化學(xué)工程學(xué)院和Russell Berrie納米技術(shù)研究所的Hossam Haick教授領(lǐng)導(dǎo)，以及跟著Haick教授進(jìn)行博士后研究的Min Zhang博士完成。Zhang博士目前是華東師范大學(xué)的副教授。

“當(dāng)前，對于特定目的的多用途傳感系統(tǒng)存在巨大需求，”Haick說，“這些系統(tǒng)在醫(yī)學(xué)、反恐、食品安全、環(huán)境監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。問題在于現(xiàn)有的氣相色譜等技術(shù)存在許多缺點(diǎn)，包括高昂的成本。”

Haick教授等研究人員面臨的挑戰(zhàn)是開發(fā)一種靈敏度足夠高的單一系統(tǒng)，以識別并區(qū)分不同的刺激。研究人員稱他們開發(fā)了一種受大自然啟發(fā)的解決方案。

Haick教授表示，“對于人類的感官系統(tǒng)，我們想到的是一個(gè)整體，它能夠以一種大腦能理解的方式將所有數(shù)據(jù)傳給大腦。這啟發(fā)了我們的研究，將我們想要監(jiān)測的所有環(huán)境數(shù)據(jù)集中在不同的地方。它是一種多用途的感知系統(tǒng)，可以吸收刺激并區(qū)分它們。”

由Haick和Zhang開發(fā)的被稱為“折紙分層傳感器陣列”（OHSA）的系統(tǒng)，是用兩位科學(xué)家開發(fā)的智能導(dǎo)電墨水“寫”在目標(biāo)物體上的分組傳感器集成陣列。這是一種能夠以高時(shí)間和空間分辨率檢測物理和化學(xué)刺激的單一器件，這些刺激包括溫度、濕度、光和揮發(fā)性有機(jī)顆粒等。

由于它還能夠區(qū)分異構(gòu)體和手性對映體（互為鏡像的分子結(jié)構(gòu)），因此為醫(yī)學(xué)診斷開辟了新途徑。值得注意的是，揮發(fā)性有機(jī)顆粒監(jiān)測可用于多種領(lǐng)域，包括疾病診斷和危險(xiǎn)物質(zhì)監(jiān)測。

這種獨(dú)特的智能墨水有許多優(yōu)點(diǎn)，包括成本低廉、能夠大量生產(chǎn)，并且在目標(biāo)表面上的應(yīng)用非常簡單。研究人員進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)包括對照（其他類型的墨水）實(shí)驗(yàn)，并證明這種特殊墨水能夠緊緊貼合各種材料，包括：鋁箔、玻璃、相紙、Kapton膠帶（美國杜邦DuPont生產(chǎn)的聚酰亞胺薄膜材料的商品名稱。具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、耐高溫性、堅(jiān)韌性、耐磨性、阻燃性、電絕緣性等，可用于電動機(jī)、磁導(dǎo)線、飛機(jī)與導(dǎo)彈接線和扁平軟電纜的電氣絕緣中；由于其固有的阻隔性，也可用于制作飛機(jī)和船舶的防火隔層和食品包裝材料）、腈（用于制造一次性手套的材料）、以及聚二甲基硅氧烷（PDMS，用于制造隱形眼鏡以及各種醫(yī)療產(chǎn)品和化妝品）。

這種墨水還可以以導(dǎo)電紋身的形式“書寫”在人體皮膚和指甲上。此外，它還具有防水性能，可以用于各種生理變量相關(guān)的持續(xù)監(jiān)測。

“可以說，我們的傳感系統(tǒng)可以識別化學(xué)和物理刺激的特征‘指紋’，并提供有關(guān)的信息，”Haick說，“其低成本優(yōu)勢，使其可用于許多地方，包括貧困地區(qū)，用于醫(yī)療及其他用途。”